표면 전처리(Surface treatment)

금속, 플라스틱 필름, 플라스틱 사출물, 세라믹, 유리 등의 제품은 금속 결합 혹은 탄소-탄소 결합으로 표면 에너지가 너무 커서 페인트 혹은 잉크와 접착성이 나쁘다.
표면 에너지가 큰 표면에 페인트나 잉크를 바르면 잉크는 잉크대로 표면 장력이 크므로 액체와 고체 표면은 반발력이 생겨서 젖음성(Wetting)이 나쁘다.
젖음성이 나쁜 소재에 인쇄나 코팅을 하면 접착력이 나쁘게 되므로 화학 약품으로 표면 처리를 하거나 물리, 화학적인 표면 처리를 해 주어야 접착력이 향상된다.
젖음성을 좋게 하기 위해 금속이나 플라스틱 표면을 화학적 혹은 물리적으로 에칭 하거나, 화학적으로 고체의 표면을 친수성이 되도록 만들어 주어야 페인트나 잉크가 표면에 잘 부착된다.
이처럼 페인트나 잉크가 잘 부착되게 표면을 화학적 혹은 물리적으로 미리 처리해 주는 것을 표면 전처리라고 한다.

1> 표면 전처리 종류

표면 처리를 세부 프로세스별로 보면, 표면의 유기막 제거와 표면에 극히 미세한 요철을 생성시킴으로써 비 표면적을 넓혀서 접착력을 향상시키는 방법이 있다.

u 표면 유기 막 제거 주로 요구되는 효과로서 원재료 성분과 다른 수십에서 수백(Å) 두께의 물질(제품의 생산과정에서 표면에 흡착될 수 있는 이물질 또는 습식 에칭이나 cleaning 후 표면에 남은 잔사 등)을 화학적으로 제거함으로써 표면 신뢰성 확보하고, 표면 젖음성 증대시킨다.
u 물리적 표면 조도 (요철) 생성표면을 서브 마이크론 크기로 표면 분자들을 제거함으로써 단위 비표면적을 확대하여(기어효과) 표면 밀착력을 강화시키는 역할을 한다. 또한, 생성되는 조도가 sub micron 단위의 극미세 규모이므로 다른 조도 형성방법보다 우수한 효과를 나타낸다.
u 화학적 친수기 생성
플라스틱 제품류의 표면을 구성하는 화학 성분은 대부분 탄소-수소, 탄소-탄소 결합니다.
탄소-수소 혹은 탄소-탄소 결합은 소수성인데, 산소-수소 혹은 카르복실기는 친수성이다. 표면을 화학적으로 친수성인 산소-수소 혹은 카르복실기로 바꾸어 주어 젖음성을 향상시키는 것도 표면 전처리이다.

2> 화학적 표면 처리 - 표면 개질

표면 전처리의 일종으로 화학적 표면 개질이 있다.
화학적 표면 개질은 주로 플라스틱 등 화학적으로 결합 에너지가 낮은 소재에서 높은 에너지의 전자나 이온이 충돌하여 금속, 유리, 플라스틱표면에 충돌한다.
이 충돌로 라디컬이나 이온이 생성되고, 이들 주위의 오존, 산소, 질소, 수분 등이 표면의 탄소, 수소 등과 반응하여, 카르보닐기, 카르복실기, 하이드록실기, 시안기 등 극성이 높은 관능기가 생성되어 화학적으로 표면이 친수성으로 개질 된다.

3> 표면 처리 후의 일반적인 특성 변화

표면 전처리를 한 필름, 종이, 금속 등의 기재는 화학적, 물리적으로 표면 개질되어 아래와 같은 처리효과를 얻을 수 있다.
① 친수성의 향상
② 접착성의 향상
③ 표면 조도의 변화
④ 표면 유분의 제거
⑤ 인쇄성의 향상
⑥ 코팅, 인쇄 특성 향상

4> 제품별 표면 전처리

1) 인쇄용 제품 전처리
플라스틱, 금속 등으로의 인쇄(그라비아, 옵셋, 스크린, 플렉소 등)에 대하여, 잉크의 접착성 향상 및 잉크부착력이 향상된다.

2) 도장 전처리
도장 혹은 코팅 전에 전처리를 함으로서, 도료와 기재와의 접착력 강화 및 도장 얼룩, 도장두께의 개선을 위해 사용한다.

3) 압출 라미네이트를 위한 전처리
압출 라미네이트 제품에서의 기재(유리, 플라스틱 필름, 종이, 알루미늄 등)로 용융 수지를 접합하는 공정에서, 기재에 전 처리하여, 접착력을 강화하기 위해 사용한다.

4) 접착제 도포 전의 전처리
접착제를 도포하기 전에, 기재에 처리하여 접착제와 기재와의 접착력을 강화하기 위해 사용한다.

5) 인쇄/코팅의 전처리
인쇄, 코팅 전에 기재에 전 처리하여, 기재와 코팅재료와의 접착력 강화 및 코팅 얼룩의 개선을 위해 사용한다.

6) 그 외의 이용 예
① 염색 특성 개선
② 방운 특성의 개선
③ 대전 방지제, 슬립제 등의 표면브리드 촉진
④ 분체의 액중 분산 개선
⑤ 함침 특성 개선